專利名稱：固態(tài)成像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固態(tài)成像裝置及其制備方法，特別涉及MOS(或CMOS)型固態(tài)成像裝置，它的單位像素至少具有光電轉(zhuǎn)換部分和多個(gè)絕緣柵場效應(yīng)晶體管(以下主要稱為MOS晶體管)。
背景技術(shù)：
圖1示出了MOS型固態(tài)成像裝置示例的示意性結(jié)構(gòu)圖。該固態(tài)成像裝置具有成像部分20和外圍電路，在成像部分20中在水平和垂直方向上設(shè)置了多個(gè)單位像素1，外圍電路比如為垂直驅(qū)動(dòng)電路21和水平驅(qū)動(dòng)電路22。
如圖2所示，例如，單位像素1配置來具有光電二極管2、讀出MOS晶體管3、FD(浮置擴(kuò)散)放大器MOS晶體管4、FD復(fù)位MOS晶體管5和垂直選擇MOS晶體管6(參見專利文獻(xiàn)1)，其中光電二極管2是作為傳感器的光電轉(zhuǎn)換部分，讀出MOS晶體管3讀出在光電二極管內(nèi)根據(jù)接收的光的量所產(chǎn)生的信號(hào)電荷，F(xiàn)D放大器MOS晶體管4將信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)于其數(shù)量的電流。
然而，在固態(tài)成像裝置中的讀出MOS晶體管中出現(xiàn)了各種問題。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)上述構(gòu)成單位像素的MOS晶體管是由相同厚度的氧化膜制成的柵極絕緣膜形成的，這導(dǎo)致了問題產(chǎn)生。
例如，對(duì)于從上述作為光電轉(zhuǎn)換部分的光電二極管2讀出信號(hào)電荷的讀出MOS晶體管3，存在讀出晶體管的耐壓問題，使得在高電場施加到柵極和為浮置擴(kuò)散的漏極之間時(shí)，柵極絕緣膜被損壞。
具體而言，耐壓成為問題是因?yàn)楫?dāng)晶體管關(guān)閉時(shí)，柵極電勢(shì)相對(duì)于晶體管形成部分中的阱區(qū)被設(shè)定為負(fù)電勢(shì)，以抑制由柵極區(qū)域的下層的耗盡所產(chǎn)生的漏電流和減少噪聲(參見專利文獻(xiàn)2)，并且FD的電勢(shì)，即讀出MOS晶體管的漏極的電壓，需要被設(shè)定為高電勢(shì)，以增加信號(hào)電荷量，換言之，傳感器部分中積累的飽和信號(hào)量，以及提高動(dòng)態(tài)范圍。
另一方面，對(duì)于將信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換為電壓或電流的放大器MOS晶體管而言，存在這樣的問題，即在轉(zhuǎn)換時(shí)產(chǎn)生了噪聲信號(hào)。已知在信號(hào)轉(zhuǎn)換時(shí)產(chǎn)生的噪聲是由被調(diào)制的載流子的數(shù)量所產(chǎn)生的1/f噪聲，從而MOS晶體管的柵極部分具有Si-SiO2的界面的平面例如隨機(jī)捕獲和釋放與導(dǎo)電率相關(guān)的載流子。
1/f噪聲的數(shù)量v由如下的公式(1)和(2)表示v2＝af/(COX2·L·W·f) (1)或v2＝af/(COX·L·W·f)(2)其中，COX是柵極絕緣膜電容量，L是柵極長度，W是柵極寬度，f是工作頻率，af在n溝道MOS的情形為5×10-31[C2/cm2]，在p溝道MOS的情形為5×10-32[C2/cm2]。
在上述公式中清楚的是，1/f噪聲的數(shù)量v取決于柵極絕緣膜電容量，即膜的厚度。
然而，通常放大器MOS晶體管的柵極絕緣膜的厚度選擇來與其它晶體管的相同，所以難于減少1/f噪聲。
專利文獻(xiàn)1日本專利申請(qǐng)公開第2000-299453號(hào)；專利文獻(xiàn)2日本專利申請(qǐng)公開第2003-143480號(hào)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種固態(tài)成像裝置，其中所述固態(tài)成像裝置中的各種問題得以解決，具體而言，耐壓得到提高并1/f噪聲被減小，本發(fā)明也提供了固態(tài)成像裝置的制備方法。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的固態(tài)成像裝置是MOS型固態(tài)成像裝置，其包括單位像素，其至少具有光電轉(zhuǎn)換部分和多個(gè)絕緣柵場效應(yīng)晶體管，其中，在多個(gè)絕緣柵場效應(yīng)晶體管中，在部分絕緣柵場效應(yīng)晶體管中的柵極絕緣膜的厚度與至少部分其它絕緣柵場效應(yīng)晶體管的柵極絕緣膜的厚度不同。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在單位像素的與光電轉(zhuǎn)換部分相鄰的信號(hào)電荷讀出絕緣柵場效應(yīng)晶體管中的柵極絕緣膜的厚度被選擇來大于單位像素的其它絕緣柵場效應(yīng)晶體管中的柵極絕緣膜的厚度。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，將單位像素的信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換為電壓或電流信號(hào)的放大器絕緣柵場效應(yīng)晶體管中的柵極絕緣膜的厚度被選擇來小于單位像素的其它絕緣柵場效應(yīng)晶體管中的柵極絕緣膜的厚度。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制備固態(tài)成像裝置的方法是一種制備這樣的固態(tài)成像裝置的方法，該固態(tài)成像裝置包括單位像素，該單位像素至少具有光電轉(zhuǎn)換部分和多個(gè)絕緣柵場效應(yīng)晶體管，其中，在部分絕緣柵場效應(yīng)晶體管中的柵極絕緣膜的厚度與至少部分其它絕緣柵場效應(yīng)晶體管的柵極絕緣膜的厚度不同，方法包括如下步驟在形成柵極絕緣膜的過程中，在半導(dǎo)體襯底的表面上形成第一掩模層以形成柵極絕緣膜，在柵極絕緣膜中形成了最終形成第一厚度的柵極絕緣膜的第一開口和形成第二厚度的柵極絕緣膜的第二開口，第二厚度小于第一厚度；在第一和第二開口中形成厚度小于第一厚度的第一絕緣層；形成第二掩模層，第二掩模層在第一開口中覆蓋第一絕緣層，并且在第二開口中具有顯露第一絕緣層的開口；通過第二掩模層的開口去除第一絕緣層；以及去除第二掩模層以通過第一掩模層的第一和第二開口形成第二厚度的柵極絕緣膜，其中，第一厚度的柵極絕緣膜是由第一和第二絕緣層的重疊部分形成，并且第二厚度的柵極絕緣膜是由第二絕緣膜形成。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的固態(tài)成像裝置示意性結(jié)構(gòu)圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的單位像素的示意性結(jié)構(gòu)圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的相關(guān)部分的示意性橫截面視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的相關(guān)部分的示意性橫截面視圖；圖5A到5E是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的制備方法的制備工藝視圖；以及圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的拍攝裝置的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
對(duì)根據(jù)本發(fā)明的MOS晶體管的實(shí)施例進(jìn)行了解釋。然而，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的MOS型固態(tài)成像裝置并不限于此。
圖1示出了固態(tài)成像裝置的示意性結(jié)構(gòu)視圖，其是根據(jù)本發(fā)明的MOS型固態(tài)成像裝置實(shí)施例，包括成像部分20和外圍電路，在成像部分20中在水平和垂直方向上以矩陣方式排列多個(gè)單位像素1，外圍電路比如為垂直驅(qū)動(dòng)電路21和水平驅(qū)動(dòng)電路22。
如參見圖2所說明的，單位像素1包括光電二極管2、讀出MOS晶體管3、FD(浮置擴(kuò)散)放大器MOS晶體管4、FD復(fù)位MOS晶體管5和垂直選擇MOS晶體管6(參見專利文獻(xiàn)1)，其中光電二極管2是作為傳感器的光電轉(zhuǎn)換部分，讀出MOS晶體管3讀出在光電二極管2根據(jù)接收的光的量所產(chǎn)生的信號(hào)電荷，F(xiàn)D放大器MOS晶體管4將信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)于其數(shù)量的電流，垂直選擇MOS晶體管6作為垂直選擇開關(guān)元件。
而且，在每一行(水平線)中，讀出MOS晶體管3的柵電極連接到公共垂直讀出線7，并且垂直選擇MOS晶體管6的柵電極連接到公共垂直選擇線8。
而且，每一列(垂直線)中的復(fù)位MOS晶體管5的柵電極連接到公共水平復(fù)位線9，并且垂直選擇MOS晶體管6的漏極連接到公共垂直信號(hào)線10。
每個(gè)垂直信號(hào)線10通過圖1所示的水平開關(guān)元件23的MOS晶體管連接到水平信號(hào)線24，并且通過放大器25連接到輸出端子t。
垂直選擇線8和垂直讀出線7中每個(gè)都連接到垂直驅(qū)動(dòng)電路21，并且分別施加垂直掃描脈沖和水平讀出脈沖。
水平復(fù)位線9和控制柵極連接到水平驅(qū)動(dòng)電路22，并且水平復(fù)位脈沖和水平掃描脈沖被順序施加，控制柵極是水平開關(guān)元件23的柵電極。
因此，在垂直掃描脈沖從垂直驅(qū)動(dòng)電路21施加到垂直選擇線8的狀態(tài)時(shí)，在單位像素1中，在所需要的脈沖電壓施加到垂直讀出線且水平掃描脈沖施加到將處于開狀態(tài)的垂直信號(hào)線10的開關(guān)元件23的位置，放大器MOS晶體管4的輸出被選擇，并且從垂直選擇MOS晶體管被提取以通過水平開關(guān)元件23引導(dǎo)至水平信號(hào)線，并且從輸出端子t取出作為放大器25中放大的圖像信號(hào)。
因此，在本發(fā)明的實(shí)施例中，柵極絕緣膜在構(gòu)成單元像素1的多個(gè)MOS晶體管中被改變。
參考圖3和圖4，對(duì)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1(圖3)和實(shí)施例2(圖4)進(jìn)行解釋。
圖3和圖4是固態(tài)成像裝置中的一個(gè)單位像素的示意性橫截面視圖，每個(gè)示出了光電轉(zhuǎn)換部分(光電二極管)、讀出MOS晶體管3、復(fù)位MOS晶體管5、放大器MOS晶體管4和垂直選擇MOS晶體管6。
圖3和圖4都示出了其中每個(gè)MOS晶體管是n溝道MOS晶體管的情形。
在該情形中，在半導(dǎo)體襯底30中形成了p型阱區(qū)域31，形成光電轉(zhuǎn)換部分的光電二極管2的n型阱區(qū)域32，其中n型區(qū)域形成得在其表面上形成有高濃度p型電荷累積層。
然后，讀出MOS晶體管3與光電轉(zhuǎn)換部分2相鄰形成，并且相鄰的漏極區(qū)域或源極區(qū)域是公共的n型漏極或源極區(qū)域，復(fù)位MOS晶體管5、放大器MOS晶體管4和垂直選擇MOS晶體管6形成在這些區(qū)域之間，并且柵電極53、55、54、56分別通過柵極絕緣膜43、45、44、46分別形成在其上，因此，分別獲得了讀出MOS晶體管3、復(fù)位MOS晶體管5、放大器MOS晶體管4和垂直選擇MOS晶體管6。
這些MOS晶體管每個(gè)具有所謂的LDD(淺摻雜漏極)晶體管結(jié)構(gòu)，在其中在鄰近每個(gè)漏極或源極區(qū)域33的柵極側(cè)的側(cè)面上形成低濃度的漏極或源極區(qū)域33L。
實(shí)施例1如圖3所示，在該示例中，例如在讀出MOS晶體管3中的柵極絕緣膜43的厚度制成為9nm，這比在其它MOS晶體4、5和6中的每個(gè)柵極絕緣膜44、45、46例如6nm的厚度要大。
根據(jù)該實(shí)施例，在讀出MOS晶體管3的柵極和漏極之間的耐壓可以得到提高，因此動(dòng)態(tài)范圍可以如先前所述那樣被擴(kuò)大。
實(shí)施例2如圖4所示，在該示例中，例如在放大器MOS晶體管4中的柵極絕緣膜44的厚度制成為6nm，這比在其它MOS晶體3、5和6中的每個(gè)柵極絕緣膜43、45、46例如9nm的厚度要小。
根據(jù)該實(shí)施例，放大器MOS晶體管4的COX可以變大以減小1/f噪聲。
所以，例如在實(shí)施例1中，讀出MOS晶體管3的柵極絕緣膜厚度形成得大和其它包括放大器MOS晶體管在內(nèi)的MOS晶體管的柵極絕緣膜厚度形成得小，可以使得動(dòng)態(tài)范圍變大。
接著，對(duì)根據(jù)本發(fā)明的上述固態(tài)成像裝置的制備方法進(jìn)行解釋。在該情形中，通常用來形成半導(dǎo)體區(qū)域的方法可以被利用來形成各個(gè)區(qū)域，具體而言，形成上述每個(gè)阱區(qū)和光電轉(zhuǎn)換部分(光電二極管)，每個(gè)MOS晶體管的漏極或源極區(qū)域和柵電極等；然而，由于在形成厚度不同的柵極絕緣膜的過程中使用了特定的方法，所以參考圖5對(duì)其實(shí)施例進(jìn)行說明。
在該情形，代表性地示出了形成要求大厚度的柵極絕緣膜的MOS晶體管例如實(shí)施例1中的讀出MOS晶體管3的區(qū)域(稱為第一區(qū)域61)和形成其它MOS晶體管4、5和6的區(qū)域(稱為第二區(qū)域62)。
如圖5A所示，具有第一和第二開口70W1和70W2的掩模層70形成在例如由Si制成的半導(dǎo)體襯底30的第一和第二區(qū)域61和62上。該掩模層可以是由通過局部熱氧化，即例如通過LOCOS，而形成的隔離和絕緣層。
例如，通過半導(dǎo)體襯底30的表面熱氧化形成第一絕緣層81，第一絕緣層81的厚度T1小于柵極絕緣膜43的厚度，柵極絕緣膜43具有最終在第一和第二區(qū)域61和62上形成的較大的厚度。
如圖5B所示，在半導(dǎo)體襯底30上形成第二掩模層71，其由光致抗蝕劑層形成，其中通過光刻在第二區(qū)域62形成開口71W。該開口71W可以形成得大于上述第二開口70W2，并且可以也通過以未達(dá)到開口70W1的程度的大余量來定位從而形成。
如圖5C所示，通過被用作蝕刻掩模的第二掩模層71，將第二區(qū)域62的第一絕緣層81通過開口71W被蝕刻和去除。
如圖5D所示，在去除第二掩模層71之后，例如在第一和第二區(qū)域61和62中還通過第二熱氧化形成厚度為T2的第二絕緣層82。
因此，可以通過形成第一和第二絕緣層，即例如利用比如調(diào)整時(shí)間的第一和第二熱氧化條件，從而在第一區(qū)域61中形成由大的厚度T3的第三絕緣層83制成的所希望厚度的柵極絕緣膜43。
所以，如圖5E所示，大厚度的讀出MOS晶體管3的柵極絕緣膜43例如可以形成在第一區(qū)域61中，并且小厚度的放大器MOS晶體管4、復(fù)位MOS晶體管5和垂直選擇MOS晶體管6的柵極絕緣膜44、45、46形成在第二區(qū)域62中。
因此，在柵電極G形成在其上的情形，雖然在圖中未示出，但是形成了低濃度漏極或源極區(qū)域33L，所謂的側(cè)壁形成在柵電極G的側(cè)表面上，漏極或源極區(qū)域33形成來獲得具有圖3所示的單位像素的固態(tài)成像裝置。
而且，當(dāng)包括上述實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)時(shí)，在圖5A至5B中的第一區(qū)域61成為其中形成讀出MOS晶體管3、復(fù)位MOS晶體管5和垂直選擇MOS晶體管6每個(gè)的柵極絕緣膜43、45、46的部分，第二區(qū)域62成為其中形成放大器MOS晶體管4的柵極絕緣膜44的部分。
因此，根據(jù)本發(fā)明的制造方法的實(shí)施例，包括厚度不同的柵極絕緣膜的MOS晶體管可以用簡化的工藝形成。
這里，雖然上述實(shí)施例主要基于n溝道MOS晶體管結(jié)構(gòu)，也可以使用p溝道MOS晶體管結(jié)構(gòu)，并且在該情形，在每個(gè)圖中將導(dǎo)電類型反轉(zhuǎn)。
而且，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的固態(tài)成像裝置可以是拍攝裝置(相機(jī)或相機(jī)模塊)，其形成來包括光學(xué)系統(tǒng)和其它芯片。在該情形，該拍攝裝置包括用于圖像拾取的傳感部分90、進(jìn)行信號(hào)處理的信號(hào)處理部分91，而且可以包括如圖6所示的光學(xué)系統(tǒng)62。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，只要在權(quán)利要求及其等同方案的范圍內(nèi)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求即其它因數(shù)，可以進(jìn)行各種修改、組合、子組合和替換。
本發(fā)明包含有與2005年3月9日遞交于日本專利局的日本專利申請(qǐng)JP2005-065987相關(guān)的主題，將其全部內(nèi)容引用結(jié)合于此。
權(quán)利要求
1.一種MOS型固態(tài)成像裝置，包括單位像素，至少包括光電轉(zhuǎn)換部分和多個(gè)絕緣柵場效應(yīng)晶體管，其中，在所述多個(gè)絕緣柵場效應(yīng)晶體管中，在部分絕緣柵場效應(yīng)晶體管中的柵極絕緣膜的厚度與至少部分其它絕緣柵場效應(yīng)晶體管的柵極絕緣膜的厚度不同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)成像裝置，其中，在所述單位像素中與所述光電轉(zhuǎn)換部分相鄰的信號(hào)電荷讀出絕緣柵場效應(yīng)晶體管中的柵極絕緣膜的厚度被選擇來大于所述單位像素中其它絕緣柵場效應(yīng)晶體管中的柵極絕緣膜的厚度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)成像裝置，其中，將所述單位像素的信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換為電壓或電流信號(hào)的放大器絕緣柵場效應(yīng)晶體管中的柵極絕緣膜的厚度被選擇來小于所述單位像素中其它絕緣柵場效應(yīng)晶體管中的柵極絕緣膜的厚度。
4.一種制備固態(tài)成像裝置的方法，所述固態(tài)成像裝置包括單位像素，所述單位像素至少具有光電轉(zhuǎn)換部分和多個(gè)絕緣柵場效應(yīng)晶體管，其中，在部分絕緣柵場效應(yīng)晶體管中的柵極絕緣膜的厚度與至少部分其它絕緣柵場效應(yīng)晶體管的柵極絕緣膜的厚度不同，所述方法包括如下步驟在形成所述柵極絕緣膜的過程中，在半導(dǎo)體襯底的表面上形成第一掩模層以形成柵極絕緣膜，在所述柵極絕緣膜中形成了最終形成第一厚度的柵極絕緣膜的第一開口和形成第二厚度的柵極絕緣膜的第二開口，所述第二厚度小于第一厚度；在所述第一和第二開口中形成厚度小于所述第一厚度的第一絕緣層；形成第二掩模層，所述第二掩模層在所述第一開口中覆蓋所述第一絕緣層，并且在所述第二開口中具有顯露所述第一絕緣層的開口；通過所述第二掩模層的開口去除所述第一絕緣層；以及去除所述第二掩模層以通過所述第一掩模層的第一和第二開口形成所述第二厚度的柵極絕緣膜，其中，所述第一厚度的柵極絕緣膜由所述第一和第二絕緣層的重疊部分形成，并且所述第二厚度的柵極絕緣膜由所述第二絕緣膜形成。
5.一種拍攝裝置，包括成像部分，其中排列了多個(gè)單位像素，所述單位像素包括光電轉(zhuǎn)換部分和多個(gè)絕緣柵場效應(yīng)晶體管，以及信號(hào)處理部分，對(duì)從所述成像部分輸出的信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理，其中，在所述多個(gè)絕緣柵場效應(yīng)晶體管中，在部分絕緣柵場效應(yīng)晶體管中的柵極絕緣膜的厚度與至少部分其它絕緣柵場效應(yīng)晶體管的柵極絕緣膜的厚度不同。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種MOS固態(tài)成像裝置，其中MOS晶體管的耐壓和1/f噪聲得以改善。在該MOS固態(tài)成像裝置中，它的單位像素至少包括光電轉(zhuǎn)換部分和多個(gè)絕緣柵場效應(yīng)晶體管，其中，在多個(gè)絕緣柵場效應(yīng)晶體管中，在部分絕緣柵場效應(yīng)晶體管中的柵極絕緣膜的厚度與至少部分其它絕緣柵場效應(yīng)晶體管的柵極絕緣膜的厚度不同。
文檔編號(hào)H04N5/3745GK1832188SQ20061005893
公開日2006年9月13日 申請(qǐng)日期2006年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月9日
發(fā)明者高木賀子, 森裕之 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社